专利名称：一种基于光耦驱动的宽脉冲栅控调制器的实现方法
技术领域：
本发明属于雷达发射机栅控调制器技术，是一种基于光耦驱动的宽脉冲栅控调制器的实现方法。
背景技术：
脉冲调制器的主要作用是控制微波管电子注的通断，控制或激励微波管工作，从而产生所需要的各种脉冲微波源。脉冲调制器在雷达发射机中起着极其重要的作用，是雷达发射机的重要组成部分，其综合指标性能对发射机有重要的影响。栅极调制是行波管中一种常用的调制方式。其基本的工作方式是通过控制不同开关管的导通时序，使正偏电源和负偏电源轮流加在行波管的栅极上，从而控制行波管的脉冲功率输出。当前，人们在调制器的设计中，已经大量应用场控型半导体器件MOS管和IGBT 作为调制开关管。MOS管和IGBT均属于压控型开关管，采用脉冲变压器或光耦的隔离驱动电路是MOS管和IGBT最常用的两种驱动电路。目前栅控行波管的工作脉宽大多在几十US量级。采用脉冲变压器的隔离驱动方式，电路简单，造价低，可靠性高，成为了设计人员的首选。但受到脉冲变压器饱和因素的影响，其输出脉冲宽度的能力是受到较大限制的，脉冲宽度约是脉冲前沿的200 300倍，约在IOOuS量级左右。为了获得更宽的输出脉宽，需要增加绕组的匝数，或者选用更大横截面积的磁芯，增大了脉冲变压器的体积。同时，驱动回路中还要提供变压器的去磁回路，以便为下次驱动做好准备。当前，行波管不断朝着大功率、宽脉宽、大占空比的方向发展。脉宽可以大于 150uS，占空比达到20%。采用脉冲变压器的隔离驱动方式已无法满足几百微秒的宽调制脉冲的要求。而基于光耦的隔离驱动电路，其驱动脉宽只受到原边驱动信号的控制，自身对驱动脉宽并没有约束限制，因此，其非常适宜应用在宽调制脉冲的行波管调制器中。本发明的思路是利用光耦隔离的驱动方式来驱动开关管，从而产生需要的任意宽度的栅极调制脉冲，满足行波管宽脉宽的工作需求。
发明内容
本发明的内容是采用光耦隔离的驱动方式驱动开关管，通过调节光耦原边的控制信号的脉宽来调节光耦输出的驱动信号的脉宽。在此驱动方式下，基本可以输出任意宽度的驱动脉冲。通过一定的时序控制驱动导通一对开关管，将正偏压和负偏压轮流加在行波管的栅阴极之间，从而产生所需要的宽脉宽的栅极调制脉冲。此发明同时具有最大脉宽限制、开关管过电压保护等功能。下面结合附图对本发明的技术解决方案作进一步详细描述。
图1是基于光耦驱动的宽脉冲栅控调制器原理框图。
图2是驱动信号产生及驱动电路电原理图。
具体实施例方式基于光耦驱动的宽脉冲栅控调制器原理框图如图1所示，该栅控调制器由驱动信号产生电路、光耦驱动电路、驱动电源、正负偏压电源和开关管等部分组成。起始脉冲信号经光耦隔离驱动电路后形成起始驱动信号，触发开关管1导通，将正偏压电源加到栅极上， 使行波管输出射频功率。截尾脉冲信号经光耦隔离驱动电路后形成截尾驱动信号，触发开关管2导通，将负偏压电源加到栅极上，关断行波管的射频功率输出。驱动信号产生及驱动电路电原理图如图2所示。图中，m与N2为555定时器，N3 与N4为光耦TLP250。起始脉冲信号经电容Cl后形成具有下降沿的窄脉冲，此下降沿触发 Ni，使其3脚输出高电平，经限流电阻R6后，使光耦内发光二极管导通，此时，光耦内的光敏三极管也导通，驱动电源驱动开关管1导通，使正偏压加到行波管的栅阴极间。同理，截尾脉冲信号经电容C2后形成具有下降沿的窄脉冲，触发N2的3脚输出高电平，经电流电阻R7后，使光耦导通，驱动电源驱动开关管2导通，使负偏压加到行波管的栅阴极间。当N2的3脚输出高电平时，通过电阻R8，触发V3导通，将m的4脚拉到低电平，从而使m的3脚输出变为低电平。此时，开关管1将被关断。由此可知，正、负偏压是轮流加在行波管的栅阴极间的，其调制脉冲的宽度是由起始脉冲信号与截尾脉冲信号之间的时间差决定的。当此时间差足够长时，此调制器即可以输出满足要求的宽脉冲调制信号。结合实际工作需要，调节图中电阻R3、R4与电容C5的数值，能够限制调制器输出的最大脉冲宽度，对行波管起到保护作用。电容C7、C8是加速电容，能够加快开关管的导通。瞬态抑制二极管V6、V7并联在开关管的栅极和源极间，防止开关管栅源极间的过电压驱动，对开关管起到保护作用。电阻R12、R13提供了开关管栅源极间电容的泄放回路，同时提高了开关管的抗干扰能力。
权利要求
1.一种基于光耦驱动的宽脉冲栅控调制器的实现方法，其特征在于利用光耦隔离驱动电路实现对开关管的驱动控制，将正负偏压轮流加在行波管的栅阴极间，产生需要的栅调脉冲。在此驱动方式下，栅调脉冲的宽度只于起始脉冲信号和截尾脉冲信号之间的时间差有关。当此时间差足够长时，调制器就能够产生需要的宽脉宽的调制脉冲，从而满足行波管宽脉宽的工作需要。
2.实现权利要求1所述的驱动信号产生及驱动电路设计方法，其特征在于①采用了基于高速光耦的隔离驱动电路；②起始和截尾脉冲信号通过对555定时器芯片NA555P的触发，驱动光耦导通，产生了开关管的导通信号；③实际工作中，假设需要的最大调制脉宽为lOOuS。此时，我们可以通过调节电阻R3、 R4和电容C5的数值，使得555定时器3脚输出的最大驱动脉宽为105uS。通过此方法，我们就可以设定最大的调制脉冲宽度，对行波管起到保护作用。
全文摘要
本发明涉及一种基于光耦驱动的宽脉冲栅控行波管调制器的实现方法，该方法的原理框图如附图所示。本发明是利用高速光耦实现了栅控行波管调制器开关管的隔离驱动电路，满足了栅控行波管调制器宽脉冲输出的要求。在此发明中，栅极调制脉冲的宽度只由外接起始脉冲信号和截尾脉冲信号间的时间差决定，而与调制电路无关。调节此时间差足够长，即可满足栅极宽调制脉冲的要求。同时，在调制器中通过电路的设计，可以实现最大调制脉冲的限制，从而实现对行波管的保护。
文档编号H03K3/017GK102468825SQ20111038323
公开日2012年5月23日 申请日期2011年11月25日 优先权日2011年11月25日
发明者杨钰辉 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所